化学工艺学课件7
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化学工艺学讲义课件
03
农业废弃物资源化利用
通过化学工艺学的方法，实现农业废弃物的资源化利用，减少环境污染。
01
农药制备
农业化工中，化学工艺学用于农药的制备，包括杀虫剂、杀菌剂、除草剂等。
02
植物生长调节剂合成
化学工艺学还涉及植物生长调节剂的合成，如赤霉素、细胞分裂素等，以促进农作物的生长和发育。
环境化工中，化学工艺学用于废水的处理，通过各种化学和物理方法去除废水中的有害物质。
化学平衡原理是化学工艺学中的重要概念，它描述了在一定条件下，化学反应的正向和逆向进行达到动态平衡的状态。通过掌握化学平衡原理，可以预测反应结果，优化工艺条件，提高产物的产率。
理解化学反应速率的影响因素以及如何控制反应速率。
总结词
化学动力学原理主要研究反、压力、浓度等，可以控制反应条件，实现高效的化学反应过程。这对于化学工艺的优化和改进具有重要意义。
随着高分子合成技术的发展，新型高分子材料不断涌现，如功能性高分子、生物相容性高分子等，为化学工艺提供了更多的选择。
高分子材料
复合材料由两种或多种材料组成，通过复合效应可实现单一材料无法达到的性能，在化学工艺中可用于制造高效能设备、反应器等。
复合材料
微反应技术是一种新型的反应技术，通过微型化反应设备和精细化的工艺控制，可实现高效、安全和环保的化学反应。
化学工艺学讲义课件
汇报人：
202X-12-30
CATALOGUE
目录
化学工艺学概述化学工艺学的基本原理化学工艺学的应用领域化学工艺学的研究方法化学工艺学的实验技术化学工艺学的未来发展
01
化学工艺学概述
定义
化学工艺学是一门研究将原料通过化学反应转化为产品的过程的学科。它涉及到化学反应原理、化学工程原理、分离技术、过程控制等多个领域。
化学工艺学概论ppt课件
.
(2)原子衡算
在一般化学反中，原子本身不生化，故可用元素的 原子的物的量来做衡算。可以不涉及化学反式中的化 学量关系，故于复反体系的算是很方便的。
Ø 于定流程有
人物料中所有原子的 = 出物料中所有原子的
物的量 (mol)之和
物的量 (mol)之和
.
1.3.1.1 物理化程
化工工学 Chemical Engineering Technics
教材及参考： [1] 刘勤，化学工学，化学工出版社， 2013年 [2] 米涛，化学工学，化学工出版社， 2005年 [3] 五平，无机化工工学，化学工出版社， 2004年 [4] 田春云，有机化工工学，石化出版社， 1998年
气化 合成气 高加液
合成 .
氨、甲醇、低碳混合 醇、汽油、柴油等
汽油、煤油、柴油等
1.2.4 化学及其加工工
n 一、化学的种
我国共有20多个种。硫、自然硫、硫化气藏、磷 、、石、明石、蛇石、化工用石灰岩、硼、 芒硝、天然碱、石膏、硝石、、沸石、重晶石、碘、 溴、砷、硅藻土、天青石等。
石油 天然气 煤 化学 林副物 海洋源
.
Ø 基本有机化学工和部分无机化学工的原料主要是 煤和天然气
Ø 我国的ห้องสมุดไป่ตู้学工原料以煤主 Ø 化学工：
将原料物主要化学反品的方法和 程，其中包括种的全部化学和物理的措 施。
.
特殊反程的物料和量衡算
n 具有旁路的反， 利用点行衡算 n 具有循物流的反程的物料衡算，
金属有机化合物 胶和青
稠 稠芳香
.
4、油品的概念
根据沸程的不同，将石油分
石油（汽油） 50－140℃
汽油
140－200℃
(2)原子衡算
在一般化学反中，原子本身不生化，故可用元素的 原子的物的量来做衡算。可以不涉及化学反式中的化 学量关系，故于复反体系的算是很方便的。
Ø 于定流程有
人物料中所有原子的 = 出物料中所有原子的
物的量 (mol)之和
物的量 (mol)之和
.
1.3.1.1 物理化程
化工工学 Chemical Engineering Technics
教材及参考： [1] 刘勤，化学工学，化学工出版社， 2013年 [2] 米涛，化学工学，化学工出版社， 2005年 [3] 五平，无机化工工学，化学工出版社， 2004年 [4] 田春云，有机化工工学，石化出版社， 1998年
气化 合成气 高加液
合成 .
氨、甲醇、低碳混合 醇、汽油、柴油等
汽油、煤油、柴油等
1.2.4 化学及其加工工
n 一、化学的种
我国共有20多个种。硫、自然硫、硫化气藏、磷 、、石、明石、蛇石、化工用石灰岩、硼、 芒硝、天然碱、石膏、硝石、、沸石、重晶石、碘、 溴、砷、硅藻土、天青石等。
石油 天然气 煤 化学 林副物 海洋源
.
Ø 基本有机化学工和部分无机化学工的原料主要是 煤和天然气
Ø 我国的ห้องสมุดไป่ตู้学工原料以煤主 Ø 化学工：
将原料物主要化学反品的方法和 程，其中包括种的全部化学和物理的措 施。
.
特殊反程的物料和量衡算
n 具有旁路的反， 利用点行衡算 n 具有循物流的反程的物料衡算，
金属有机化合物 胶和青
稠 稠芳香
.
4、油品的概念
根据沸程的不同，将石油分
石油（汽油） 50－140℃
汽油
140－200℃
化学工艺学PPT教学课件-第一章 绪论
存在问题
3）环保 总体上，化工“三废”治理率较低，污染仍然十
分严重。
4）机制转换速度慢
化工行业进行股份制改造的企业只占企业总数的 30%。机制转换速度慢。多数化工企业人员多，负担重， 缺乏活力，生产效率低，没有建立起对市场快速反应 的运行机制，竞争能力差。
与丙烯共聚
乙丙橡胶
电缆、电线材料
酯化 丁酯
发展方向
• 高新技术，缩短开发周期
最充分、最彻底地利用原料 • 大力发展绿色化工 • 化工过程要高效、节能和智能化 • 实施废弃物再生利用工程
1.4 原料资源及产品
矿物原料
金属矿、非金属矿 化石燃料矿
生物资源
动、植物体
非自然资源 “废料” “垃圾”
1.4 原料资源及产品
无机化工产品 有机化工产品 高分子化工产品 精细化工产品 生物化工产品
1.2 化学工业的发展、作用和地位 有机化学工业
1） 石油炼制工业：汽油、煤油、柴油、润滑油； 2） 石油化学工业：有机原料（有机酸、酯、醚、酮、醛等）
合成塑料及树脂、合成纤维、合成橡胶； 3) 煤炭化学工业：煤气、焦炭及煤化学产品； 4） 有机精细化工：染料、农药、医药、涂料、颜料、香料、
试剂、表面活性剂、化学助剂、感光材料、催化剂等； 5） 食品工业：饮料、生物化学制品； 6） 油脂工业：油脂、肥皂、硬化油。
基本情况
一批大型有机原料和精细化工装置也达到或接近国 际先进水平。全行业特大型、大型企业540多家。
建立起了门类比较完整的科研开发和工程设计队伍 化学工业共有独立的科研院所245家，从事研究的 科技人员达5万多人，建立了一批部级和国家级工程 中心。 主要化工产品产量表
产品名称
主要化工产品产量表 单位：万吨
化工工艺学-PPT课件
尿素平衡转化率
Ｘ尿=(转化成尿素的CO2的物质的量/原料CO2的物质的量) ×100%
9
《化工工艺学》 第七章 尿素
2019/2/15
（三）动力学
从反应机理知，甲铵脱水(Ⅱ)是合成尿素
总过程的控制步骤。
通过控制反应温度和水碳比，可以减少
甲铵脱水时间，从而使总反应速度提高。
10
《化工工艺学》 第七章 尿素
适当Ｈ，可保持X平一定。
16
《化工工艺学》 第七章 尿素
2019/2/15
6﹒反应时间τ 、生产强度Ｑ
★ τ ↑ ，使ｘ转↑，Ｑ↓; ★ τ ↑， 而ｘ转↓，Ｑ↑。 工业上取
Ｑ：10-12t/dm3
t：0.6-0.8h即可。
17
《化工工艺学》 第七章 尿素
2019/2/15
二﹒合成反应液的分解与 分解气的冷凝回收
一段吸收塔气体（ＮＨ３、惰气)经氨冷器冷却，冷 下液氨送氨贮槽，不凝气(少量ＮＨ３、惰气）进惰气洗塔， 洗下的氨液返回一吸收塔。
30
《化工工艺学》 第七章 尿素
2019/2/15
2）尿素蒸发造粒系统 流程示意(图)
一段蒸发器在250mmHg(绝) 、
130℃下，尿液浓度达95-96%；
二段蒸发器在25mmHg、137--140℃
2019/2/15
（四）尿素合成工艺条件选择
1、温度
2、氨碳比
3、水碳比
4、压力 5、惰气含量、填充度 6、反应时间、生产强度
11
《化工工艺学》 第七章 尿素 2019/2/15
1﹒温度
由左图可知: 当Ｔ↑，X平↑ .在 １９０－２００℃时， 又Ｔ每升１０℃,Ｖ反 增加一倍.
化学工艺全册配套完整课件
三、合成氨生产的总流程： 1、以煤为原料的生产流程 2、以天然气为原料的生产流程 两种特殊净化方案： 1、碳酸氢铵的生产 2、双甲精制：
化学工程基础
化学工程基础
返回
水 煤蒸空
汽气
造气
以
煤
为
除尘、脱硫
原
料 的
压缩
合
成
氨
流
程
软水 合成
氨
变换
脱碳
甲烷化 水蒸汽
化学工程基础
返回
天然气 压缩
脱硫
以
水蒸汽
脱硫、变换、脱碳、原料气的精制
3、一氧化碳变换的反应方程式是 CO H2O CO2 H2。 4、合成氨原料气的净化时，二氧化碳的脱除通常采用 的 方法。 碳酸钾溶液吸收 5、氨合成时，惰性气体增加，平衡氨含量会 下降 。
6、石油炼制的主要方法有 、 、 等。 常减压蒸馏、催化裂化、催化重整
7、裂解气深冷分离时，裂解气的净化包括
铜洗 压缩 合成
化学工程基础
返回
授课教师:邸凯
第五章 化工工艺学
第二节 石油炼制与 石油烃热裂解
一、概述
石油化工：以石油或天然气、油田气、炼厂气为原料生产基础
化工原料、基本有机原料、合成材料以及精细化工
产品的工业。
三苯：苯、甲苯、二甲苯 石 基础石油化工原料 三烯：乙烯、丙烯、丁二烯 化 基本有机原料：醇、醛、酮、酸、酯、酐…… 产 合成材料：合成塑料、合成橡胶、合成纤维 品 精化产品：洗涤剂、涂料、染料、医药、助剂……
1、常减压蒸馏 原理：利用原油中各组分沸点不同，以物理方法进行加工分离。 流程： 特点：①按一定沸程收集馏出物，产品非纯净物；
②多侧线出料； ③石油加热在塔外进行，不在塔釜； ④塔底吹入过热蒸汽，防止结焦。
第7章化学工艺学
原料气纯度
乙烯含量≥99.5% 氧气纯度≥99.5% 其中乙炔含量<30ppm 硫化氢含量< 3ppm
乙炔和亚铜离子反应生成乙炔铜 乙炔钯盐反应生成钯炔化合物并析出金属钯 在酸性介质下，硫化氢与的PdCl2反应生成硫化钯沉淀从溶
液中析出
改变了催化剂溶液的组成，使催化剂活性下降。
转化率及反应器进气组成
7.2.1 催化自氧化
具有自由基链式反应特征，能自动加速的 氧化反应称为自氧化反应
使用催化剂加速链的引发，称为催化自氧 化
工业上生产有机酸、过氧化物
催化剂多为Co、Mn等过渡金属离子的盐 类，溶解在液态介质中形成均相
助催化剂，又称氧化促进剂，缩短反应诱 导期，加速反应的中间过程 溴化物 有机含氧化合物
(7 36) (7 37)
甲烷氧氯化制氯甲烷 二氯乙烷氧氯化制三氯乙烯、四氯乙烯已工业化
8C 2 H 4 Cl 2 6 Cl 2 7 O 2 CuCl 2 KCl/Carrier 4 C 2 HCl 3 4 C 2 Cl 4 14 H 2 O (7 38)
420 C
流程短，设备少，建厂投资可减少15%～30% 纯氧作氧化剂可提高进料浓度和选择性，生产成本大
约为空气氧化法的90% 反应温度低，有利于延长催化剂的使用寿命 适宜大规模生产，生产成本低，产品纯度可达99.99%
7.4.3 乙烯直接氧化法制环氧乙烷的反应
主反应：
C2H4＋O2C2H4O DH0298K= -103.4KJ/mol 平行副反应:
7.3.3 非均相催化氧化催化剂
(1) 催化剂
活性组分主要有可变价的过渡金属钼、铋、钒、钛 、钴、锑等的氧化物
吴指南《基本有机化工工艺学》课件 第七章 氯化.
(二) 平衡氧氯化法生产氯乙烯的技术经 济指标
各种氯化产品所采用的化学反应有三类：加 成氯化，取代氯化，氧氯化。
根据促进氧化反应的手段不同，工业上采用 的氧化方法，主要有三种：热氯化法，光氯化法， 催化氯化法。
第七章 氯化
第一节 烃的取代氯化 第二节 不饱和烃的加成氯化 第三节 烃的氧氯化
第一节 烃的取代氯化
一、低级烷烃的热氯化 二、烯烃的热氯化
一、低级烷烃的热氯化
以甲烷氯化最为重要。 产品用途：溶剂、麻醉剂，制冷剂和合成原料。 常用的氯化方法：热氯化法。 反应在气相中进行。
一、低级烷烃的热氯化
(一)热氯化反应机理及产物分布 (二)甲烷热氯化制取甲烷氯化物
二、烯烃的热氯化
(一) 烯烃取代氯化与加成氯化反应的竞争 (二) 丙烯热氯化合成a-氯丙烯
第七章 氯化（4学时）
基本要求：了解常用氯化方法，熟悉氯乙 烯的生产方法、原理、工艺过程及主要设 备（乙炔法、乙烯氧氯化法）
重点：乙烯氧氯化法的基本原理和工艺过 程，平衡氧氯化法
难点：乙烯平衡氧氯化法的基本原理。
第七章 氯化
在化合物分子中引入氯原子，以生成氯 的衍生物的反应过程，通称为氯化。
乙烯浓度对氧氯化反应速度影响最大； 氧浓度范围不同，对反应的影响也不同； HCl的浓度范围不同，对反应的影响也不同。
(三) 主要副反应
1. 乙烯的深度氧化 2. 生成副产物1,1,2-三氯乙烷和氯乙烷 3. 其它氯衍生物副产物的生成
(四) 反应条件的影响
1. 反应温度
1. 反应温度
一、乙烯液相加氯制１，２-二氯乙烷
(一) 乙烯加氯反应原理 (二) 乙烯与氯液相加成合成1,2-二氯乙烷的
《化学工艺学》化工生产过程及流程 ppt课件
（2）改进操作条件;
（3）催化剂有助于开发新的反应过程，发展新的化工技术; （4）催化剂在能源开发和消除污染中可发挥重要作用。
ppt课件
25
2.4.1 催化剂的基本特征
催化剂有以下三个基本特征:
（1）催化剂是参与了反应的，但反应终了时，催化剂本 身未发生化学性质和数量的变化; （2）催化剂只能缩短达到化学平衡的时间（即加速用）， 但不能改变平衡; （3）催化剂具有明显的选择性
乙烯的收率=50%*85.7%*100%=42.9%
例2 丙烷脱氢生产丙烯时，原料丙烷处理量为3000kg/h， 丙烷单程转化率为70%，丙烯选择性为96%，求丙烯产量。 解：丙烯产量=3000*70%*96%*42/44=1924.4(kg/h) ppt课件
11
2.2.3 平衡转化率和平衡产率的计算
ppt课件 32
2.5 反应过程的物料衡算和热量衡算
物料衡算和热量衡算是化学工艺的基础之一，通过物 料、热量衡算，计算生产过程的原料消耗指标、热负荷和
产品产率等，为设计和选择反应器和其他设备的尺寸、类
型及台数提供定量依据；可以核查生产过程中各物料量及 有关数据是否正常，有否泄漏，热量回收、利用水平和热 损失的大小，从而查出生产上的薄弱环节和限制部位，为 改善操作和进行系统的最优化提供依据。
低，也愈有利于产物的后处理，故工业催化剂的选择性应较 高。
ppt课件 28
③寿命 系指其使用期限的长短，寿命的表征是生产单 位量产品所消耗的催化剂量，或在满足生产要求的技术水平
上催化剂能使用的时间长短，有的催化剂使用寿命可达数年
有的则只能使用数月。 催化剂的寿命影响因素：化学稳定性、热稳定性、 机械 稳定性、耐毒性。 ④其他 如廉价、易得、无毒、易分离等。
化学工艺学教学概论ppt课件
第1章 概论
.;;
学时安排
54学时 周三 1-2节 （9710） 周四 1-2节 (9501)（单周）
教材：刘晓勤，化学工艺学，化学工业出版社， 2010.
2021/5/7
.;;
2
教学组织
课程根据化学工业的结构特点，以典型化工产 品为主线组织教学，共介绍6类：合成气及衍生 品、硫酸；石油炼制、烃类热裂解及分离；烯烃 为原料的化学品；芳烃为原料的化学品。每一个 均介绍典型产品的生产原理（包括主副反应、反 应机理、催化剂组成等），工艺条件（包括从热 力学和动力学上分析影响因素和寻找最佳工艺条 件）和工艺流程与设备（包括反应器选型、组织 原则、生产方法比较及最新进展）。
2021/5/7
3.;1;
1.3 化工原料、产品及其工艺
1.3.3 天然气及其加工工艺
主要成分：气态烃类（烷烃 CH4, C2H6） ，还含有少量的二 氧化碳、氮气和硫化物等杂质。
来源：伴生气和非伴生气。伴生气是伴随石油共生，通称为 油田气；非伴生气为单独的气田资源，纯气田的天然 气主要成分是甲烷。
硝酸制造
橡胶工业
玻璃陶瓷工业
水泥工业
石油工业
电镀工业
染料工业
燃料化学工业
放射化工
数十种化学工
艺
学
Ⅰ阶段
流体输送
沉
降
过
滤
离心分离
搅
拌
固体流态化
加
热
冷
却
蒸
发
蒸馏 吸收 吸附 萃取 干燥 结晶 膜分离
Ⅱ阶段 1918 年
动量传递
热量传递
质量传递 Ⅲ阶段 1960 年
化工传递过程
反应工程学 Ⅳ阶段 1970 年
.;;
学时安排
54学时 周三 1-2节 （9710） 周四 1-2节 (9501)（单周）
教材：刘晓勤，化学工艺学，化学工业出版社， 2010.
2021/5/7
.;;
2
教学组织
课程根据化学工业的结构特点，以典型化工产 品为主线组织教学，共介绍6类：合成气及衍生 品、硫酸；石油炼制、烃类热裂解及分离；烯烃 为原料的化学品；芳烃为原料的化学品。每一个 均介绍典型产品的生产原理（包括主副反应、反 应机理、催化剂组成等），工艺条件（包括从热 力学和动力学上分析影响因素和寻找最佳工艺条 件）和工艺流程与设备（包括反应器选型、组织 原则、生产方法比较及最新进展）。
2021/5/7
3.;1;
1.3 化工原料、产品及其工艺
1.3.3 天然气及其加工工艺
主要成分：气态烃类（烷烃 CH4, C2H6） ，还含有少量的二 氧化碳、氮气和硫化物等杂质。
来源：伴生气和非伴生气。伴生气是伴随石油共生，通称为 油田气；非伴生气为单独的气田资源，纯气田的天然 气主要成分是甲烷。
硝酸制造
橡胶工业
玻璃陶瓷工业
水泥工业
石油工业
电镀工业
染料工业
燃料化学工业
放射化工
数十种化学工
艺
学
Ⅰ阶段
流体输送
沉
降
过
滤
离心分离
搅
拌
固体流态化
加
热
冷
却
蒸
发
蒸馏 吸收 吸附 萃取 干燥 结晶 膜分离
Ⅱ阶段 1918 年
动量传递
热量传递
质量传递 Ⅲ阶段 1960 年
化工传递过程
反应工程学 Ⅳ阶段 1970 年
《化学工艺学》绪论 ppt课件
原子经济性和环境因子从本质上反映了其合成工艺是否最大限度地利 用了资源，是否可以有效避免废物的产生和由此带来的环境污染。
例题：制取苯乙烯的方法有甲苯为原料和以乙烯和苯为原料两种方法， 试比较两种方法的原子经济性。
ppt课件 14 14
2.3.3 转化率
转化率是指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的百分率。 转化率=（已转化的原料的量/原料的总量×100%） 转化率表征原料的转化程度，反应了反应进度。
注意：单一物质的浓度改变只是改变正反应或逆反应中一个反应的反应速率 而导致正逆反应速率不相等，而导致平衡被打破。
ppt课件
19 19
2.4.3 压力的影响
对于气体反应物和气体生成物分子数不等的可逆反应来说， 当其它条件不变时，增大总压强，平衡向气体分子数减少即气体体积缩小的
方向移动；减小总压强，平衡向气体分子数增加即气体体积增大的方向移动。
ppt课件 精馏、结晶、过滤和干燥 11 11
2.2
化工生产的技术指标
2.2.1 生产能力
一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量， 或在单位时间内所处理的原料量。单位为：kg/h、t/d或kt/a。
2.2.2 生产强度
生产强度是指设备在单位特征几何量上生产能力。 即设备单位体积的生产能力，kg/(h· m3) ，或单位面积的生产能力，kg/(h· m2)。 该指标用于比较那些相同反应过程或物理加工过程的设备或装置的优势。
第一章
1.1 1.1.1 石油化工的概念
绪论
化学工艺学（石油化工工艺学）的研究范畴
以石油和天然气为原料，通过一系列物理、化学加工过程最终生产出化工 产品的工业称作石油化学工业，简称石油化工，它属于化学工业的一部分。
例题：制取苯乙烯的方法有甲苯为原料和以乙烯和苯为原料两种方法， 试比较两种方法的原子经济性。
ppt课件 14 14
2.3.3 转化率
转化率是指某一反应物参加反应而转化的数量占该反应物起始量的百分率。 转化率=（已转化的原料的量/原料的总量×100%） 转化率表征原料的转化程度，反应了反应进度。
注意：单一物质的浓度改变只是改变正反应或逆反应中一个反应的反应速率 而导致正逆反应速率不相等，而导致平衡被打破。
ppt课件
19 19
2.4.3 压力的影响
对于气体反应物和气体生成物分子数不等的可逆反应来说， 当其它条件不变时，增大总压强，平衡向气体分子数减少即气体体积缩小的
方向移动；减小总压强，平衡向气体分子数增加即气体体积增大的方向移动。
ppt课件 精馏、结晶、过滤和干燥 11 11
2.2
化工生产的技术指标
2.2.1 生产能力
一个设备、一套装置或一个工厂在单位时间内生产的产品量， 或在单位时间内所处理的原料量。单位为：kg/h、t/d或kt/a。
2.2.2 生产强度
生产强度是指设备在单位特征几何量上生产能力。 即设备单位体积的生产能力，kg/(h· m3) ，或单位面积的生产能力，kg/(h· m2)。 该指标用于比较那些相同反应过程或物理加工过程的设备或装置的优势。
第一章
1.1 1.1.1 石油化工的概念
绪论
化学工艺学（石油化工工艺学）的研究范畴
以石油和天然气为原料，通过一系列物理、化学加工过程最终生产出化工 产品的工业称作石油化学工业，简称石油化工，它属于化学工业的一部分。
化学工艺学PPT课件
下午8时20分
化学工艺学
3
氢化示例
(1). H2、N2合成NH3 (2). CO、H2合成CH3OH (CO 2H 2 CH 3OH ) (3). 苯（苯酚）加氢生成环己烷（环己醇）
+ 3 H2
(4).硝基苯加氢生成苯胺
NO2 NH2
+ 3 H2
下午8时20分 化学工艺学
+
2 H2O
4
氢解示例
3.2氢化和脱氢
一、基本概念 二、氢气来源 三、NH3合成 四、苯加H制环己烷
下午8时20分
化学工艺学
1
一、基本概念
氢化和脱氢的概念 氢化 脱氢
下午8时20分
化学工艺学
2
1.氢化和脱氢的概念
氢化：氢气和化合物间进行的化学反应。 加氢：氢气进入化合物使之还原或提高不饱和有 机物的饱和度。 氢解：在加氢的同时有机物分解，氢分子一部分 进入生成物大分子中，另一部分进入裂解所得小 分子中。 （氢解：破坏加氢，含N、S、O的有机化合物经 氢解变为烃、S化物，H2O、NH3等） 脱氢：从化合物除去氢原子的过程。
粉煤和重油氢解制轻质油
C6H5-CH3+H2→C6H6+CH4 C2H5SH（硫醇）+H2→C2H6+H2S C5H5N(吡啶)+5H2→C5H12（戊烷）+NH3
下午8时20分
化学工艺学
5
脱氢示例
① 乙烷脱氢制乙烯
C2H6
C4H10 or C4H8
C2H4
+
H2
② 丁烷或丁烯脱氢制丁二烯
H2C C H C H CH2
7
+
新工艺第7章PPT课件
▪ 在这类反应中，要完全弄清催化剂的作用机理， 常常是困难的。一般认为，在催化自氧化反应中， 可变价过渡金属离子通过单电子转移促使链的引发 或过氧化氢物的分解。
2021/3/7
CHENLI
16
催化剂的作用：能加速链的引发，促进反应 物引发生成自由基，缩短或消除反应诱导期，因 此可大大加速氧化反应。
自氧化反应是指具有自由基链式反应 特征，能自动加速的氧化反应。
催化自氧化反应——氧化反应常用过 渡金属离子为催化剂，具有自由基链式反 应的特点。
2021/3/7
CHENLI
15
▪ 在工业生产中，绝大多数自氧化过程是在催化 剂存在下进行的，除非所需的氧化产物是ROOH。 所用的催化剂是过渡金属的水溶性或油溶性的有机 酸盐，常用的是醋酸钴、丁酸钴、环烷酸钴、醋酸 锰等。一般，钴盐的催化效率较好。
逆反应，即在热力学上都十分有利，特别是完全氧 化反应占绝对优势，不受化学平衡限制，理论上转 化率为100%，
但是为了保证较高的选择性，转化率需控制在 一定范围内，否则会造成深度氧化而降低目的产物 的产率。
2021/3/7
CHENLI
7
（3）氧化途径复杂多样
烃类是用于制备各种氧化产品的重要原料，但 所需的目的产物都是部分氧化中间产物，由于催化剂 和反应条件的不同，氧化反应可经过不同的反应路径， 转化为不同的反应产物，氧化的最终产物都是CO2和 水。这些中间产物往往比原料的反应性更强，更易发 生深度氧化。
氧化反应放出的反应热可副产蒸汽。一般气固相
催化氧化的反应温度高，可回收得到高、中压蒸汽，
而气液相氧化反应温度较低，只能回收低品位的能量
（低压蒸汽和热水）。
2021/3/7
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催化剂的作用：能加速链的引发，促进反应 物引发生成自由基，缩短或消除反应诱导期，因 此可大大加速氧化反应。
自氧化反应是指具有自由基链式反应 特征，能自动加速的氧化反应。
催化自氧化反应——氧化反应常用过 渡金属离子为催化剂，具有自由基链式反 应的特点。
2021/3/7
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▪ 在工业生产中，绝大多数自氧化过程是在催化 剂存在下进行的，除非所需的氧化产物是ROOH。 所用的催化剂是过渡金属的水溶性或油溶性的有机 酸盐，常用的是醋酸钴、丁酸钴、环烷酸钴、醋酸 锰等。一般，钴盐的催化效率较好。
逆反应，即在热力学上都十分有利，特别是完全氧 化反应占绝对优势，不受化学平衡限制，理论上转 化率为100%，
但是为了保证较高的选择性，转化率需控制在 一定范围内，否则会造成深度氧化而降低目的产物 的产率。
2021/3/7
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（3）氧化途径复杂多样
烃类是用于制备各种氧化产品的重要原料，但 所需的目的产物都是部分氧化中间产物，由于催化剂 和反应条件的不同，氧化反应可经过不同的反应路径， 转化为不同的反应产物，氧化的最终产物都是CO2和 水。这些中间产物往往比原料的反应性更强，更易发 生深度氧化。
氧化反应放出的反应热可副产蒸汽。一般气固相
催化氧化的反应温度高，可回收得到高、中压蒸汽，
而气液相氧化反应温度较低，只能回收低品位的能量
（低压蒸汽和热水）。
2021/3/7
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Cu+的氧化 分别在两台反应器中进行
反应器
确保气液相间具有充分的接触表面和良好的 相间传质条件
催化剂溶液能充分混合 反应释放的热量能及时地移除
带 循 环 管
的 鼓 泡 塔
式 反 应 器
乙烯的氧化
催化剂再生
粗乙醛的精制
一段法乙烯直接氧化生产乙醛的工艺流程
（3） 工艺条件的选择
原料气纯度 转化率及反应器进气组成 反应温度与压力
主要化学品中50%以上和选择性氧化反应有关 含氧：醇、醛、酮、酸、环氧化物、过氧化物等 不含氧：丁烯氧化脱氢制丁二烯
丙烯氨氧化制丙烯腈 乙烯氧氯化制二氯乙烷
7.1.1.1 氧化反应的特征
反应放热量大 热量的转移与回收
反应不可逆
控制转化程度
氧化途径复杂多样 催化剂 反应条件
过程易燃易爆 安全措施
在腐蚀性较强的体系时要采用特殊材质 催化剂多为贵金属，必须分离回收
均相催化氧化过程反应器的类型
搅拌鼓泡釜式反应器 连续鼓泡床塔式反应器
均相反应
内冷却管 外循环冷却器 循环导流筒
移热方式
工业上常用的均相催化氧化反应类型 催化自氧化反应 配位催化氧化反应 烯烃液相环氧化
催化循环
Pd 2+ +烯烃 配位 烯烃氧化物 + Pd0
Pd2+
H+ O2
PdCl2 催化剂 CuCl2 氧化剂
Cu2+ Cu+ Cu2+
➢烯烃中双键打开形成羰基是反应的控制步骤 ➢烯烃必须溶解在催化剂溶液中才能活化
➢常见溶剂 水、乙醇、二甲基甲酰胺、环丁砜
典型的瓦克法反应
烯烃氧化为羰基化合物 烯烃氧化为乙二醇酯 烯烃的醋酸化 氧羰基化 氧化偶联
7.2.2.2 乙烯配位催化氧化制乙醛
（1）反应原理 烯烃的羰化 控制步骤: 羰化反应 CH2=CH2 + PdCl2 + H2O→CH3CHO + Pd + 2HCl
金属Pd氧化反应 Pd + 2CuCl2 → PdCl2 + 2CuCl
CuCl的氧化 2CuCl + 0.5O2+ 2HCl→ 2CuCl2 +H2O
低碳烷烃的选择性氧化： 丁烷代替苯氧化制顺酐 丙烷代替丙烯氨氧化制丙烯腈
7.3.1 重要的非均相氧化反应
（1）烷烃的催化氧化反应 正丁烷气相催化氧化制顺丁烯二酸酐（顺酐）
（2）烯烃的直接环氧化 乙烯环氧化制环氧乙烷
CH 2 CH 2 1 O 2 Ag/ Al2 O 3 C 2 H 4 O 2 220 ~ 260 C
7.2.2 配位催化氧化
➢ 催化剂由中心金属离子与配位体构成 ➢ 过渡金属离子与反应物形成配位键并使其活化，
使反应物氧化而金属离子或配位体被还原 ➢ 还原态的催化剂再被分子氧氧化成初始状态
初始态 催化剂
配活 位化
反应物 氧化
产物
还原态 催化剂
配位催化循环过程
分子氧
烯烃的液相氧化 瓦克法 (Wacker) 氧化最容易在烯烃中最缺氢原子的碳上进行 氧化反应速率随碳原子数的增多而递减
7.1.1.2 氧化剂的选择
空气 纯氧 过氧化氢 其它过氧化物 反应生成的烃类过氧化物或过氧酸
7.1.2 烃类选择性氧化过程的分类
依据反应相态：
催化自氧化
均相催化氧化 配位催化氧化
烯烃的液相环氧化
非均相催化氧化
7.2 均相催化氧化
活性高、选择性好 反应温度通常不太高 反应条件不太苛刻，反应比较平稳 设备简单，容积较小，生产能力较高
原料气纯度
乙烯含量≥99.5% 氧气纯度≥99.5% 其中乙炔含量<30ppm 硫化氢含量< 3ppm
乙炔和亚铜离子反应生成乙炔铜 乙炔钯盐反应生成钯炔化合物并析出金属钯 在酸性介质下，硫化氢与的PdCl2反应生成硫化钯沉淀从溶
液中析出
改变了催化剂溶液的组成，使催化剂活性下降。
转化率及反应器进气组成
第七章 烃类选择性氧化
烃类选择性氧化过程
氧化反应的特点 氧化剂的种类
氧化反应类型(均相、非均相) 氧化反应的典型产品和工艺
7.1 概述
化学工业中氧化反应是一大类重要化学反应， 它是生产大宗化工原料和中间体的重要反应过程
有机物氧化反应当数烃类的氧化最有代表性 烃类氧化反应可分为完全氧化和部分氧化两大类型
➢ 为抑制副反应并使催化剂保持足够高的活性 必须控制反应的转化率维持在较低水平
➢ 为了避免爆炸 循环气体中乙烯的含量控制在65%左右 氧含量控制在8%左右
进料组成：乙烯65% 氧17% 惰性气体18% 乙烯转化率：控制在35%
7.2.3 烯烃液相环氧化
氯醇法
生产环氧丙烷
优点
流程短 投资少 选择性好 收率高 生产安全
缺点
设备腐蚀性大 废水量大
需要充足氯源 污染严重
共氧化法 生产环氧丙烷
空气或氧气氧化 乙苯
联产物量大
过
氧 化
丙烯
氢
乙
苯
苯乙烯
环
甲
氧 丙
+
基 苯ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
烷
甲 醇
脱水
α-
➢ 过氧化氢异丁烷 联产物 异丁烯
➢ 过氧化氢异丙苯 有工业前景
环氧化选择性高 比过氧化氢乙苯容易生产 且可用一部分来生产苯酚和丙酮 联产物 α-甲基苯乙烯 为抑制副反应并使催化剂保持足够高的活性 必须控制反应的转化率维持在较低水平
乙烯配位催化氧化制乙醛的总反应：
CH2=CH2 + 0.5O2 →CH3CHO — ∆H0298 ∆H0298 = -243.6 kJ/mol
2-
Cl
Cl
Pd
Cl
Cl
+ C2H4
-
Cl
CH2 CH2
Pd
+
-
Cl
Cl
Cl
σ-π络合
方式使烯 烃分子活 化 (7-30)
（2）工艺流程
一段法 三个反应在同一反应器进行 二段法 乙烯羰化和钯的氧化
7.2.1 催化自氧化
具有自由基链式反应特征，能自动加速的 氧化反应称为自氧化反应
使用催化剂加速链的引发，称为催化自氧 化
工业上生产有机酸、过氧化物
催化剂多为Co、Mn等过渡金属离子的盐 类，溶解在液态介质中形成均相
助催化剂，又称氧化促进剂，缩短反应诱 导期，加速反应的中间过程 溴化物 有机含氧化合物
7.3 非均相催化氧化
反应温度较高，有利于能量的回收和节能 单位体积反应器的生产能力高，适于大规模
连续生产 反应过程的影响因素较多 反应物料与空气或氧的混合物存在爆炸极限
问题，必须特别关注生产安全
工业上使用的有机原料：
➢ 具有π电子的化合物 烯烃 芳烃 ➢ 不具有π电子的化合物 醇类 烷烃
反应器
确保气液相间具有充分的接触表面和良好的 相间传质条件
催化剂溶液能充分混合 反应释放的热量能及时地移除
带 循 环 管
的 鼓 泡 塔
式 反 应 器
乙烯的氧化
催化剂再生
粗乙醛的精制
一段法乙烯直接氧化生产乙醛的工艺流程
（3） 工艺条件的选择
原料气纯度 转化率及反应器进气组成 反应温度与压力
主要化学品中50%以上和选择性氧化反应有关 含氧：醇、醛、酮、酸、环氧化物、过氧化物等 不含氧：丁烯氧化脱氢制丁二烯
丙烯氨氧化制丙烯腈 乙烯氧氯化制二氯乙烷
7.1.1.1 氧化反应的特征
反应放热量大 热量的转移与回收
反应不可逆
控制转化程度
氧化途径复杂多样 催化剂 反应条件
过程易燃易爆 安全措施
在腐蚀性较强的体系时要采用特殊材质 催化剂多为贵金属，必须分离回收
均相催化氧化过程反应器的类型
搅拌鼓泡釜式反应器 连续鼓泡床塔式反应器
均相反应
内冷却管 外循环冷却器 循环导流筒
移热方式
工业上常用的均相催化氧化反应类型 催化自氧化反应 配位催化氧化反应 烯烃液相环氧化
催化循环
Pd 2+ +烯烃 配位 烯烃氧化物 + Pd0
Pd2+
H+ O2
PdCl2 催化剂 CuCl2 氧化剂
Cu2+ Cu+ Cu2+
➢烯烃中双键打开形成羰基是反应的控制步骤 ➢烯烃必须溶解在催化剂溶液中才能活化
➢常见溶剂 水、乙醇、二甲基甲酰胺、环丁砜
典型的瓦克法反应
烯烃氧化为羰基化合物 烯烃氧化为乙二醇酯 烯烃的醋酸化 氧羰基化 氧化偶联
7.2.2.2 乙烯配位催化氧化制乙醛
（1）反应原理 烯烃的羰化 控制步骤: 羰化反应 CH2=CH2 + PdCl2 + H2O→CH3CHO + Pd + 2HCl
金属Pd氧化反应 Pd + 2CuCl2 → PdCl2 + 2CuCl
CuCl的氧化 2CuCl + 0.5O2+ 2HCl→ 2CuCl2 +H2O
低碳烷烃的选择性氧化： 丁烷代替苯氧化制顺酐 丙烷代替丙烯氨氧化制丙烯腈
7.3.1 重要的非均相氧化反应
（1）烷烃的催化氧化反应 正丁烷气相催化氧化制顺丁烯二酸酐（顺酐）
（2）烯烃的直接环氧化 乙烯环氧化制环氧乙烷
CH 2 CH 2 1 O 2 Ag/ Al2 O 3 C 2 H 4 O 2 220 ~ 260 C
7.2.2 配位催化氧化
➢ 催化剂由中心金属离子与配位体构成 ➢ 过渡金属离子与反应物形成配位键并使其活化，
使反应物氧化而金属离子或配位体被还原 ➢ 还原态的催化剂再被分子氧氧化成初始状态
初始态 催化剂
配活 位化
反应物 氧化
产物
还原态 催化剂
配位催化循环过程
分子氧
烯烃的液相氧化 瓦克法 (Wacker) 氧化最容易在烯烃中最缺氢原子的碳上进行 氧化反应速率随碳原子数的增多而递减
7.1.1.2 氧化剂的选择
空气 纯氧 过氧化氢 其它过氧化物 反应生成的烃类过氧化物或过氧酸
7.1.2 烃类选择性氧化过程的分类
依据反应相态：
催化自氧化
均相催化氧化 配位催化氧化
烯烃的液相环氧化
非均相催化氧化
7.2 均相催化氧化
活性高、选择性好 反应温度通常不太高 反应条件不太苛刻，反应比较平稳 设备简单，容积较小，生产能力较高
原料气纯度
乙烯含量≥99.5% 氧气纯度≥99.5% 其中乙炔含量<30ppm 硫化氢含量< 3ppm
乙炔和亚铜离子反应生成乙炔铜 乙炔钯盐反应生成钯炔化合物并析出金属钯 在酸性介质下，硫化氢与的PdCl2反应生成硫化钯沉淀从溶
液中析出
改变了催化剂溶液的组成，使催化剂活性下降。
转化率及反应器进气组成
第七章 烃类选择性氧化
烃类选择性氧化过程
氧化反应的特点 氧化剂的种类
氧化反应类型(均相、非均相) 氧化反应的典型产品和工艺
7.1 概述
化学工业中氧化反应是一大类重要化学反应， 它是生产大宗化工原料和中间体的重要反应过程
有机物氧化反应当数烃类的氧化最有代表性 烃类氧化反应可分为完全氧化和部分氧化两大类型
➢ 为抑制副反应并使催化剂保持足够高的活性 必须控制反应的转化率维持在较低水平
➢ 为了避免爆炸 循环气体中乙烯的含量控制在65%左右 氧含量控制在8%左右
进料组成：乙烯65% 氧17% 惰性气体18% 乙烯转化率：控制在35%
7.2.3 烯烃液相环氧化
氯醇法
生产环氧丙烷
优点
流程短 投资少 选择性好 收率高 生产安全
缺点
设备腐蚀性大 废水量大
需要充足氯源 污染严重
共氧化法 生产环氧丙烷
空气或氧气氧化 乙苯
联产物量大
过
氧 化
丙烯
氢
乙
苯
苯乙烯
环
甲
氧 丙
+
基 苯ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
烷
甲 醇
脱水
α-
➢ 过氧化氢异丁烷 联产物 异丁烯
➢ 过氧化氢异丙苯 有工业前景
环氧化选择性高 比过氧化氢乙苯容易生产 且可用一部分来生产苯酚和丙酮 联产物 α-甲基苯乙烯 为抑制副反应并使催化剂保持足够高的活性 必须控制反应的转化率维持在较低水平
乙烯配位催化氧化制乙醛的总反应：
CH2=CH2 + 0.5O2 →CH3CHO — ∆H0298 ∆H0298 = -243.6 kJ/mol
2-
Cl
Cl
Pd
Cl
Cl
+ C2H4
-
Cl
CH2 CH2
Pd
+
-
Cl
Cl
Cl
σ-π络合
方式使烯 烃分子活 化 (7-30)
（2）工艺流程
一段法 三个反应在同一反应器进行 二段法 乙烯羰化和钯的氧化
7.2.1 催化自氧化
具有自由基链式反应特征，能自动加速的 氧化反应称为自氧化反应
使用催化剂加速链的引发，称为催化自氧 化
工业上生产有机酸、过氧化物
催化剂多为Co、Mn等过渡金属离子的盐 类，溶解在液态介质中形成均相
助催化剂，又称氧化促进剂，缩短反应诱 导期，加速反应的中间过程 溴化物 有机含氧化合物
7.3 非均相催化氧化
反应温度较高，有利于能量的回收和节能 单位体积反应器的生产能力高，适于大规模
连续生产 反应过程的影响因素较多 反应物料与空气或氧的混合物存在爆炸极限
问题，必须特别关注生产安全
工业上使用的有机原料：
➢ 具有π电子的化合物 烯烃 芳烃 ➢ 不具有π电子的化合物 醇类 烷烃